세계는 지금 신기후변화체제...화두는 "온실가스 감축"



CCS, 2024년까지 연 4.8% 성장 누적시장규모 약 100조원



국내외 환경에 맞는 사업 로드맵 필요...연계기술 개발과 표준화 중요



지금 전 세계적인 화두는 단연 '온실가스 감축'이다. 지난 제 21차 파리 유엔 기후변화협약 당사국총회(COP21)에서는 2020년 이후를 대비한 '신기후변화체제'를 선포하고 지구온도 상승을 1.5℃ 이하로 억제하기 위해 전 인류의 공조와 협력을 촉구하는 파리협정이 채택됐다. 그야말로 화석연료의 종말을 예고하고 있다. 과연 그런가?



석탄화력이 변화의 시대에 직면해 있다는 점은 맞다. 그러나 저렴하고 안전하고 안정적으로 전력공급이 가능한 석탄화력이 갖는 매력을 포기할 수도 없다. 시대상황에 맞는 신기술이 필요한 때다. 더구나 석유나 석탄 등 화석에너지를 대체할 태양열, 풍력, 수소 등 대체 에너지에 대한 기술 개발이 더딘데다가 신재생에너지는 경제성이 떨어질 수밖에 없다. 에너지혁명을 가져온 원자력처럼 신재생에너지도 기술적인 변혁이 있어야만 화석연료를 대체할 에너지원이 될 수 있다. 화력발전에 의존할 수밖에 없는 이유가 여기에 있다.



그렇다면 석탄화력은 살아남기 위한 묘수는 무엇일까. 화력발전이 지구온난화의 주범이라는 낙인을 떼어내고 계속해서 검은 돌로 빛을 만들어 내기 위한 기술. 그 묘수가 곧 CCS(이산화탄소 포집 저장기술, carbon capture & storage)다. CCS야 말로 석탄화력에 새로운 생명을 불어넣을 기술로 평가 된다.



국제에너지기구(IEA)의 2DS(지구온난화를 2℃이하로 억제하는 시나리오)에 따르면 2020년부터 2050년 사이 화력발전의 60%, 산업부문에서 57.9 GtCO2의 누적 저감을 위해 CCS기술이 적용될 것으로 예상된다. 또 관련전문조사기관인 비전게인(Visiongain)의 리포트에서는 2024년까지 연평균 성장률 4.8%, 누적시장규모 약 100조원으로 평가하고 있다. 국내시장은 2020년경에 2조6000억원 정도의 시장 형성 잠재력을 가진 것으로 평가했다. 아울러 WEO의 2012년 보고서에서 CCS시장은 2020~2050년 기간 도안 탄소규제 등으로 인해 본격적인 시장 형성이 될 것으로 전망하고 2050년에는 누적 투자비가 약 3100조에 이를 것으로 전망하고 있다.



류청걸 한국CCS협회 부회장 "많은 국가가 재생에너지 보급을 지원하는 분위기지만, 기후변화 대응의 도전실체는 앞으로 특히 2050년까지 화석연료 사용에 따른 온실가스 배출을 어떻게 감축할 것 인가"라며 "CCS는 온실가스 감축에 있어 선택이 아닌 필술 기술로 화석연료가 계속해서 미래 주력 에너지원으로 자리매김 하기 위해서는 CCS가 반드시 필요하고 CCS 실증과 보급에 필요한 장기적인 정책이 필요하다"고 말했다.



◇CCS포집 우리나라는 어디까지 왔나= CCS란 이산화탄소를 포집하고 저장하는 기술이다. 이산화탄소를 대기로 방출하지 않고 물리 화학적인 기술을 이용해 이산화탄소만 분리한 뒤 이를 압축해 파이프라인 혹은 선박을 이용해 검증된 저장소에 저장하는 것이다. 쉽게 설명하자면 가장 효율적인 CCS장치는 우리 몸. 사람이다. 산소를 마시고 이산화탄소를 내뱉으니 사람 몸에서 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있다는 뜻이다. 나무는 가장 확실한 CCS 저장장치다. 나무를 많이 심는 것이야 말로 확실한 저장방법인 것이다. 때문에 CCS 기술은 제5차 클린에너지장관회의(CEM)에서 향후 10년 간 에너지시장의 변화를 선도할 기술로 최종 확정되기도 했다.



결국 세계적으로 CCS 포집설비가 큰 폭으로 늘어날 예정이다. IEA가 2010년에 발표한 자료를 보면 2015년에 세계적으로 18곳에 불과한 CCS가 2020년에는 100기로 늘어나고 2030년에는 850기, 2040년에는 2100기, 2050년에는 3400기로 늘어날 전망이다.



우리나라도 본격적인 연구개발에 들어갔다. 이미 2008년 저탄소녹색성장 비전 제시를 기점으로 그린에너지 산업육성 전략의 9대 중점기술로 CCS 기술이 선정됐으며 2010년에는 국가 SSC 종합추진계획을 발표해 대규모 포집 저장 통합실증의 기틀을 마련했다. 2019년까지 민관 약 2조3000억원 규모 투자를 목표로 하고 있다.



실제로 포집분야에서 2013년에 국내 최초로 10MW급 '습식' 이산화탄소 포집 파일럿 플랜트를 중부발전 '보령화력 8호기'에 준공했다. 이곳에서 연간 8만 톤 정도의 이산화탄소를 포집하게 된다.



건식 CCS 설비는 우리나라가 세계최고 수준이다. 세계최초이자 최대 규모로 남부발전 하동화력 8호기에 2014년 4월에 순수 국내기술로 10MW급 이산화탄소 포집 플랜트를 성공적으로 설치했다. 지난 2010년 11월 10MW 연소후 건식 CO2 포집 기술개발과제에 착수한 지 3년 5개월 만에 이뤄낸 성과다. 이를 바탕으로 300MW급의 설비를 갖추는 것을 최종 목표로 하고 있다.



이어 태안에 2016년 10MW급, 2020년에는 300MW급이 설치되고, 보령에는 2018년까지 500MW급 시설이 설치된다. 영동에는 2017년에 100MW급 설비가 삼척에는 2018년에 300MW급 CCS 설비가 추가로 설치될 예정이다. 이를 기반으로 우리나라는 2030년부터는 매년 400만t 이상의 온실가스를 감축할 계획이다.



한종훈 서울대 교수는 "CCS 실증과 상용화를 위해서는 국내외 환경에 맞도록 사업 로드맵이 필요하다"며 "포집 성과의 배출권거래제와 직접적인 연계는 물론 CCS와 CCS 연계기술 개발과 개발된 CCS 기술에 대한 공식 인증 표준화가 필요하다"고 전했다.



◆이산화탄소 포집, 수송, 저장은 어떻게 이뤄질까?



청정 화력발전의 미래...CCS가 있기에

CO₂ 모으고 운반하고 담으면 끝~



CCS는 포집과 저장기술이 가장 핵심사항이다. 포집기술은 연소 전 포집, 연소 후 포집, 순산소연소로 나뉜다.



◇포집= 연소 후 포집은 기존 발전소 등에서 연소 후 배기가스로 배출되는 혼합가스 중에서 이산화탄소만 물리, 화학적 방법으로 선택적으로 분리해 내는 기술이다.



연소 후 포집기술은 분리매체에 따라 흡수법, 흡착법, 막분리법, 시냉법 등으로 나눌 수 있다. 현재 산업적으로 널리 사용되어 온 기술은 흡수법을 이용한 공정이다.



연소 전 포집은 가스화 공정을 통해 연료 가스를 수소와 이산화탄소의 혼합물로 개질한 뒤 이산화탄소를 분리하는 방식으로 igcc나 ngcc 등의 차세대 발전기술과 병합해 응용 가능한 기술이다.



순산소연소는 연소시 산화제로 공기대신 순수한 산소를 사용해 불수물의 생성을 막고 분리과정을 거쳐 이산화탄소를 포집하는 기술이다. 연소효율이 높고 이산화탄소의 농도가 높아 별도의 고비용 회수기술이 필요하지 않다는 장점이 있다. 반면 산소제조비용을 절감해야 한다.



◇수송= 포집된 이산화탄소는 저장소로 수송해야 한다. 파이프라인으로 할 수도 있고 선박이나 차량을 이용할 수도 있다. 일반적으로 1000∼2000km 이내의 내륙 소송에는 파이프라인 수송이 유리하다. 그 이상의 해양 장거리 수송은 선박수송이 경제적인 것으로 알려졌다.



◇저장= 수송되어진 이산화탄소는 땅속이나 해양, 그리고 광물 등에 저장 된다. 그러나 해양 저장과 광물저장은 각각 해양생태계에 미치는 영향 우려와 느린 반응속도 및 저장용량 확보 등의 문제로 아직 연구단계에 있다.



지중저장을 위해서는 암석층과 저장된 이산화탄소가 대기 중으로 다시 방출되지 않도록 하기 위한 덮개암이 존재하는 지층구조를 가지고 있어야 한다. 압력에 따라 초임계 상태에 근접해 밀도가 급격히 증가하는 이산화탄소의 특성을 감안, 지하 800m 이상의 깊이를 가진 공간이 적합하다. 폐유전, 폐가스전, 염대수층, 폐석탄층 등이 적합한 저장 후보지로 꼽힌다.



우리나라의 경우 해양지중저장소에 대한 탐사 결과 군산분지에 약 50억 톤 이상 저장이 가능하다는 석유공사의 조사가 있었다. 또 2012년 4월 정부 발표에 따르면 울릉분지에 51억 톤 규모의 저장소가 있는 것으로 조사됐다.



실제로 해양수산부는 지난해 11월 140대 국정과제의 하나로 추진해온 해양 이산화탄소포집저장(CCS) 기술개발 연구 성과를 발표하고 '100만톤급 해양CCS 실증사업(2015.4~)'을 적극 추진한다고 밝혔다. 해양부는 2005년부터 해양CCS 기술개발을 추진해 동해 가스전 등이 포함된 울릉분지 대륙붕 주변해역(울산 동방 60㎞)을 CO₂ 저장 후보지로 도출해 대규모 저장 실증사업 추진 위치를 구체화했다.



포집된 이산화탄소를 일부 재활용하는 방안도 추진 중이다. 포집된 이산화탄소 가운데 극히 일부지만 비닐하우스에 이산화탄소를 공급, 작물 성장 기간을 줄이거나 신재생에너지의 원료로 쓰이게 된다. 또 이산화탄소와 온배수로 미세조류를 배양해 화장품, 의약품, 화학제품 등의 원료를 얻는 방안을 연구하고 있다.



청정 화력발전의 미래...CCS가 있기에

▲ 한국중부발전 보령화력본부 전경. 이곳에 국내 최초로 10MW급 '습식' 이산화탄소 포집 파일럿 플랜트가 보령화력 8호기에 2013년에 준공됐다.


양세훈 한경닷컴 QOMPASS뉴스 기자 twonews@asiaee.net

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